DE3616740C2 - - Google Patents

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DE3616740C2
DE3616740C2 DE3616740A DE3616740A DE3616740C2 DE 3616740 C2 DE3616740 C2 DE 3616740C2 DE 3616740 A DE3616740 A DE 3616740A DE 3616740 A DE3616740 A DE 3616740A DE 3616740 C2 DE3616740 C2 DE 3616740C2
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Birger Dipl.-Inform. 7500 Karlsruhe De Kraegelin
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung einer Werkstückkontur gemäß den Oberbe­ griffen der Ansprüche 1 und 2. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-Z: VDI-Z 120 (1978) Nr. 1/2, Seiten 7-10 bekannt.
Bevorzugt finden derartige Verfahren in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Anwendung, bei denen die gewonnene Werkstückkontur zur Programmüber­ prüfung auf einem Bildschirm dargestellt und gege­ benenfalls nach Korrekturen als Werkstück erzeugt wird.
Dazu ist ein Werkstück-Programm erforderlich, für das die Eingabedaten für die Werkstückkontur möglichst direkt aus der Werkstückzeichnung abgelesen werden können sollten. Eine typische Werkstück­ zeichnung besteht aus einer Folge von geraden Linien und kreisförmigen Bögen, die aneinandergereiht oder aneinandergekettet sind, um die Kontur des Werkstücks zu bilden. Wenn der Anfangspunkt und der Endpunkt jedes geradlinigen Kurvenstücks auf der Zeichnung zusammen mit den Anfangs- und Endpunkten der kreisförmigen Bögen sowie deren Mittelpunkte vorgegeben wären, bereitete das Verfahren zur Gewinnung der gewünschten Werkstückkontur auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine keine Schwierigkeiten und wäre trivial. In Wirklichkeit ist jedoch die Geometrie des Werkstücks im allge­ meinen nicht hinreichend bestimmt. Die Schnitt­ punkte der kreisförmigen Bögen miteinander und mit geradlinigen Kurvenstücken sind im allgemeinen nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die überwiegende Mehrzahl der Bauteile oder Werk­ stücke, die auf numerisch gesteuerten Werkzeug­ maschinen hergestellt werden, aus aneinanderge­ reihten oder miteinander verketteten, ausgewählten geometrischen Formen konstruiert werden können. Die Anzahl der verschiedenen Konturstücke, die man benötigt, um den überwiegenden Anteil der Werkstücke definieren zu können, ist relativ gering. Diese geometrischen Formen könnten durch die geometrischen Abmessungen der Konturstücke definiert werden.
Für den Fachmann ist es augenscheinlich, daß die Anzahl der Konturstücke und ihre spezifischen Eigenschaften verändert werden können.
Betrachtet man also die Werkstückzeichnung, so wird ersichtlich, daß die resultierende Werkstückkontur durch eine Folge oder Sequenz von Konturstücken beschrieben werden kann, deren vollständige Geometriedaten aus der Werkstückzeichnung allerdings nur in den seltensten Fällen direkt entnommen werden können.
Aus der DE-Z: VDI-Z 120 (1978) Nr. 1/2, Seiten 7 bis 10 ist eine numerische Steuerung bekannt, die Konturpunkte und Konturelemente selbsttätig errechnet. Dort sind bei der Konturbeschreibung allerdings nur 2-Punkt- und 3-Punkt-Züge zugelassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, darüber hinaus Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe eine vollständige Werkstückkontur aus Konturstücken gewonnen werden kann, deren Geometriedaten nicht vollständig sein müssen, und die nicht auf 3-Punkt-Züge beschränkt ist.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden.
Es zeigt die Figur ein Blockschaltbild der Vorrichtung.
Mit Hilfe einer Eingabeeinheit E, die eine Tastatur aufweisen kann, werden Eingabedaten in einen Eingabespeicher SE eingegeben. Aus den Eingabedaten werden Geometriedaten für Konturteilstücke gewonnen und im Datenspeicher SD abgelegt. Der Eingabespeicher SE ist ebenso wie der Datenspeicher SD an einen Rechner C angeschlossen. Ein weiterer Speicher SA für den Konturalgorithmus ist ebenfalls am Rechner C angeschlossen. Der Rechner steuert einen Resultatspeicher SR und eine Grafikeinheit G. Die Grafikeinheit G besteht aus einem Grafikspeicher GS und einem Grafikprozessor GP, der eine Anzeigebaueinheit CRT ansteuert. Der Resultatspeicher SR enthält das Ergebnis der miteinander kombinierten Geometriedaten - was später noch erläutert wird - zur Verwendung bei NC-Maschinen.
Die Funktion der Vorrichtung wird durch die sukzessive Kombination von Geometriedaten gewährleistet, die vom Rechner C nach Maßgabe des Algorithmus, der im Speicher SA abgelegt ist, vorgenommen wird.
Die im Datenspeicher SD abgelegten Geometriedaten bestimmen die Geometrie der Konturteilstücke. Diese Konturteilstücke können, wie eingangs erwähnt, auf geometrisch einfache Elemente zurückgeführt werden und sind durch Angaben aus den folgenden Datenmengen bestimmt:
Daten einer Geraden
U, V
kartesische Koordinaten des Endpunktes
IU, IV inkrementale Definition der kartesischen Koordinaten, bezogen auf den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
A Steigungswinkel der Geraden
IA inkrementale Definition des Steigungswinkels, bezogen auf den Steigungswinkel im Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
KL Abstand zwischen Anfangs- und Endpunkt der Geraden
DP Abstand zwischen einem beliebigen Punkt und der Geraden
P1L, P2L beliebige Punkte auf der Geraden, jedoch nicht Anfangs- oder Endpunkt
PR Polarradius des Endpunktes, bezogen auf einen bereits definierten Pol
PA Polarwinkel des Endpunktes, bezogen auf einen bereits definierten Pol
P parallel zu einer anderen Geraden
DG Abstand von einer parallelen Geraden
IPR inkrementaler Polarradius des Endpunktes, bezogen auf einen bereits definierten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
IPA inkrementaler Polarwinkel des Endpunktes, bezogen auf einen bereits definierten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
T Tangential-Bedingung (entspricht IA=180°)
GA, GE Anfang bzw. Ende einer geschlossenen Kontur
Daten eines Kreises
U, V
kartesische Koordinaten des Kreisbogen-Endpunktes
IU, IV inkrementale Definition der kartesischen Koordinaten, bezogen auf den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
A Steigungswinkel des Kreisbogens im Anfangspunkt=Tangentenwinkel des Kreises im Anfangspunkt
IA inkrementale Definition des Steigungswinkels
KL Abstand zwischen Anfangs- und Endpunkt des Kreises
DP Abstand zwischen einem beliebigen Punkt und dem Kreis
P1L, P2L, P3L beliebige Punkte auf dem Kreis, jedoch nicht Anfangs- oder Endpunkt
MU, MV kartesische Koordinaten des Kreismittelpunktes
MA Polarwinkel des Endpunktes, bezogen auf den Mittelpunkt als Pol
IMA Mittelpunktswinkel des Kreisbogens (betragsmäßig)
PR Polarradius des Endpunktes, bezogen auf einen definierten Pol
PA Polarwinkel des Endpunktes, bezogen auf einen definierten Pol
MPR Polarradius des Mittelpunktes, bezogen auf einen definierten Pol
MPA Polarwinkel des Mittelpunktes, bezogen auf einen definierten Pol
DR Drehsinn des Kreisbogens
IMU, IMV inkrementale Definition der kartesischen Koordinaten des Endpunktes, bezogen auf den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
IPR inkrementaler Polarradius des Endpunktes, bezogen auf einen bekannten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
IPA inkrementaler Polarwinkel des Endpunktes, bezogen auf einen bekannten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
IMPR inkrementaler Polarradius des Mittelpunktes, bezogen auf einen bekannten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
IMPA inkrementaler Polarwinkel des Mittelpunktes, bezogen auf einen bekannten Pol und den Endpunkt eines anderen Konturteilstückes
R Radius des Kreises
T Tangential-Bedingung
GA, GE Anfang bzw. Ende einer geschlossenen Kontur
Der im Speicher SA abgelegte Konturalgorithmus bestimmt die Regeln, nach denen der Rechner C in den einzelnen NC-Sätzen die Geometriedaten kombiniert, um daraus höherwertige Daten zu gewinnen. Bevorzugt werden dabei die Daten der benachbarten NC-Sätze kombiniert. Zusammen mit den Daten des "Vorgänger"-NC- Satzes oder des "Nachfolger"-NC-Satzes können die Geometriedaten für die Werkstückkontur sukzessive vervollständigt werden. Allerdings ist es auch möglich, die Geometriedaten eines beliebigen NC-Satzes zur Kombination mit heranzuziehen, wenn die Bezugsdaten nicht auf das kartesische Koordinatensystem, sondern im inkrementalen Bezugssystem vorliegen. Dazu muß dann bei der Kombination die Satznummer des NC-Satzes, auf den Bezug genommen wird, angegeben werden.
Es gibt drei Arten, die Geometriedaten von NC-Sätzen zu kombinieren:
  • 1) die Kombination innerhalb eines NC-Satzes;
  • 2) die Kombination zweier (benachbarter) NC-Sätze (Kombination mit "Vorgänger" oder mit "Nachfolger");
  • 3) die Kombination dreier (benachbarter) NC-Sätze (Kombination mit "Vorgänger" und "Nachfolger").
Nach dem im Speicher SA abgelegten Konturalgorithmus erfolgt die entsprechende Kombination, so kann beispielsweise gemäß 1) bei einer Geraden aus Steigungswinkel und Länge der inkrementale Zuwachs der Koordinaten, bezogen auf den Endpunkt des Vorgänger-NC-Satzes, berechnet werden oder umgekehrt, sowie bei einem Kreis aus Tangentenwinkel im Anfangspunkt des Kreises und inkrementalem Mittelpunktswinkel der Tangentenwinkel im Endpunkt berechnet werden.
Gemäß 2) wird aus Endpunkt des Vorgänger-NC-Satzes und Länge einer darauf folgenden Geraden die Kreislinie bestimmt, auf der der Endpunkt der Geraden liegt.
Schließlich kann gemäß 3) eine Gerade bestimmt werden, die als Tangente an zwei Kreisen anliegt, von denen die Mittelpunkte und die Radien bekannt sind, oder zwischen zwei Geraden soll ein Kreis mit einem bestimmten Radius tangential anschließen.
Jede Kombination führt eine Menge von Geometriedaten eines NC-Satzes durch Verknüpfung mit einem Nachbarsatz oder innerhalb des NC-Satzes gemäß der oben angegebenen Beispiele in eine andere Menge von Geometriedaten über mit dem Ziel, am Ende Aussagen über die Endpunkt- bzw. Mittelpunktkoordinaten des jeweiligen Konturteilstückes zu erhalten.
Der Rechner C kombiniert dazu die Geometriedaten des Speichers SD gemäß dem Konturalgorithmus aus dem Speicher SA in folgender Weise:
Beim zuletzt eingelesenen NC-Satz wird begonnen, alle Kombinations-Regeln auf diesen NC-Satz anzuwenden, sofern die entsprechenden Geometriedaten für den NC- Satz vorhanden sind, dann die nächsten Kombinations- Regeln auf ihn und seinen Vorgänger-NC-Satz bzw. auf den NC-Satz, zu dem es inkrementale Bezüge, d. h. eine Satznummer, gibt. Werden dadurch Geometriedaten für den Vorgänger-NC-Satz erzeugt, so werden auch für diesen wieder alle Kombinations-Regeln mit den entsprechenden NC-Sätzen angewendet und so fort. Sind alle ursprünglich noch unbestimmten NC-Sätze bis zum Listenanfang durchlaufen, so wird die Richtung umgekehrt und bis Richtung Listenende alle Kombinations- Regeln ausgeführt, soweit die entsprechenden Geometriedaten für die Regelanwendung vorhanden sind. Dieses Durchlaufen von Listenende bis Listenanfang und zurück mit Kombinationenbildung wird so lange ausgeführt, bis sich keine neuen Geometriedaten mehr berechnen lassen. Dann wird der nächste NC-Satz eingelesen, und die Abarbeitung der Regeln beginnt von vorne.
Kombinations-Regeln sind Regeln, die aus gegebenen Geometriedaten eines NC-Satzes neue Geometriedaten für diesen NC-Satz erzeugen. Ebenso gibt es Kombinations- Regeln, die aus Geometriedaten von zwei NC- Sätzen neue Geometriedaten für einen oder beide NC- Sätze erzeugen. Weitere Kombinations-Regeln ermöglichen die Erzeugung von Geometriedaten für einen, zwei oder drei NC-Sätzen aus Geometriedaten von drei NC-Sätzen.
Ein NC-Satz ist vollständig bestimmt, wenn sich keine der folgenden Geometriedaten mehr für diesen NC-Satz berechnen lassen:
bei einer Geraden
A, KL, U, V
bei einem Kreis A, R, MA, MU, MV, U, V.
Da es bei der Anwendung des Konturalgorithmus zu Mehrdeutigkeiten kommen kann, ist ein Speicher SB für einen "Backtrack"-Algorithmus an den Rechner C angeschlossen, der sich jede mögliche Lösung merkt und mit der ersten Lösung so lange weiter rechnet, bis evtl. ein Widerspruch mit einem anderen eingegebenen oder berechneten Wert auftritt. In diesem Fall wird die falsche Lösung und alle daraus resultierenden Zwischenergebnisse wieder rückgängig gemacht und mit der nächsten Lösung weitergerechnet. Entsprechendes gilt auch, wenn es mehr als zwei Lösungen gibt.
Mit der beschriebenen Vorrichtung lassen sich in besonders einfacher Weise vollständige Werkstückkonturen ermitteln, und es versteht sich, daß diese nicht zwingend an dem Bildschirm einer NC-Maschine angezeigt werden müssen, sie können auch direkt durch Werkstückbearbeitung erzeugt werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung direkt eine NC-Maschine speist. Aber auch an Programmierplätzen ist die Vorrichtung mit Vorteil einsetzbar.

Claims (2)

1. Verfahren zur Gewinnung einer Werkstückkontur, vorzugsweise bei einer numerischen Steuerung, bei dem Geometriedaten der Werkstückkontur in Form von adressierbaren, unvollständigen Datensätzen für jeweils ein Teilstück der Werkstückkontur gespeichert sind und bei dem nach Maßgabe eines abgespeicherten Konturalgorithmus Geometrie­ daten, die jeweils in logischer, geometrischer Beziehung zueinander stehen, miteinander kombi­ niert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - die Datensätze werden tabellarisch als Liste gespeichert;
  • - auf alle Datensätze der Liste werden sukzessive Kombinationsregeln gemäß des Kontural­ gorithmus angewendet;
  • - alle ursprünglich noch unvollständigen Daten­ sätze werden unter Anwendung von Kombinations­ regeln bis zum Listenanfang durchlaufen;
  • - die Durchlaufrichtung wird umgekehrt und die Kombinationsregeln wieder bis zum Listenende angewandt;
  • - dieses Durchlaufen von Listenende bis Listen­ anfang und zurück mit Anwendung von Kombinationsregeln wird solange ausgeführt, bis eine Werkstückkontur voll bestimmt ist;
  • - die Datensätze werden als Resultat abgespeichert und/oder grafisch dargestellt.
2. Verfahren zur Gewinnung einer Werkstückkontur, vorzugsweise bei einer numerischen Steuerung, bei dem Geometriedaten der Werkstückkontur in Form von adressierbaren, unvollständigen Daten­ sätzen für jeweils ein Teilstück der Werkstück­ kontur gespeichert sind und bei dem nach Maßgabe eines abgespeicherten Konturalgorithmus Geometriedaten, die jeweils in logischer, geometrischer Beziehung zueinander stehen, mitein­ ander kombiniert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - die durch die Kombination erzeugten Datensätze werden von einem weiteren Algorithmus auf Mehrdeutigkeiten überprüft;
  • - unzulässige Datensatzkombinationen werden ausgeschieden;
  • - unter den zulässigen Datensätzen wird weiter kombiniert, bis eine Werkstückkontur voll bestimmt ist;
  • - die Datensätze werden als Resultat abgespeichert und/oder grafisch dargestellt.
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